Fibra Óptica: Endoscópios para Telefones
Fibra óptica é uma aplicação de reflexão interna total que está em ampla utilização. Nas comunicações, é utilizada para transmitir sinais de telefone, Internet, e TV por cabo. A fibra óptica emprega a transmissão de fibra óptica de plástico ou vidro. Como as fibras são finas, a luz que entra numa é susceptível de atingir a superfície interna num ângulo superior ao ângulo crítico e, portanto, ser totalmente reflectida ((Figura)). O índice de refracção fora da fibra deve ser menor do que no interior. Na realidade, a maioria das fibras tem um índice de refracção variável para permitir que mais luz seja guiada ao longo da fibra através da refracção interna total. Os raios são reflectidos ao redor dos cantos, como se mostra, tornando as fibras em pequenos tubos de luz.
Bundles de fibras podem ser usadas para transmitir uma imagem sem lente, como ilustrado em (Figura). A saída de um dispositivo chamado endoscópio é mostrada em (Figura)(b). Os endoscópios são utilizados para explorar o interior do corpo através dos seus orifícios naturais ou de pequenas incisões. A luz é transmitida por um feixe de fibras para iluminar as partes internas, e a luz reflectida é transmitida de volta para fora através de outro feixe a ser observado.
A fibra óptica revolucionou as técnicas cirúrgicas e as observações dentro do corpo, com uma série de diagnósticos médicos e usos terapêuticos. A cirurgia pode ser realizada, tal como a cirurgia artroscópica numa articulação do joelho ou do ombro, utilizando ferramentas de corte ligadas ao endoscópio e observadas com o endoscópio. Também podem ser obtidas amostras, como por exemplo, através do lasso de um pólipo intestinal para exame externo. A flexibilidade do feixe de fibras ópticas permite aos médicos navegá-lo em regiões pequenas e de difícil acesso no corpo, tais como os intestinos, o coração, os vasos sanguíneos e as articulações. A transmissão de um feixe laser intenso para queimar placas obstrutivas nas principais artérias, bem como o fornecimento de luz para activar medicamentos de quimioterapia, estão a tornar-se comuns. As fibras ópticas têm de facto permitido a microcirurgia e a cirurgia à distância onde as incisões são pequenas e os dedos do cirurgião não precisam de tocar no tecido doente.
Fibras ópticas em feixes estão rodeadas por um material de revestimento que tem um índice de refracção inferior ao do núcleo ((Figura)). O revestimento impede que a luz seja transmitida entre as fibras de um feixe. Sem revestimento, a luz poderia passar entre fibras em contacto, uma vez que os seus índices de refracção são idênticos. Uma vez que nenhuma luz entra no revestimento (há reflexão interna total de volta ao núcleo), nenhuma pode ser transmitida entre fibras revestidas que estão em contacto umas com as outras. Em vez disso, a luz é propagada ao longo do comprimento da fibra, minimizando a perda de sinal e assegurando a formação de uma imagem de qualidade na outra extremidade. O revestimento e uma camada protectora adicional tornam as fibras ópticas duráveis, bem como flexíveis.
Lentes minúsculas especiais que podem ser fixadas nas extremidades dos feixes de fibras foram concebidas e fabricadas. A luz que emerge de um feixe de fibras pode ser focada através de uma lente deste tipo, imaginando uma pequena mancha. Em alguns casos, a mancha pode ser digitalizada, permitindo a imagem de qualidade de uma região dentro do corpo. Filtros ópticos minúsculos especiais inseridos na extremidade do feixe de fibras têm a capacidade de imaginar o interior de órgãos localizados dezenas de microns abaixo da superfície sem cortar a superfície – uma área conhecida como diagnóstico não intrusivo. Isto é particularmente útil para determinar a extensão de cancros no estômago e intestino.
Noutro tipo de aplicação, as fibras ópticas são normalmente utilizadas para transportar sinais para conversas telefónicas e comunicações via Internet. Foram colocados extensos cabos de fibras ópticas no fundo do oceano e no subsolo para permitir comunicações ópticas. Os sistemas de comunicação por fibra óptica oferecem várias vantagens em relação aos sistemas eléctricos (de cobre), particularmente para longas distâncias. As fibras podem ser tornadas tão transparentes que a luz pode percorrer muitos quilómetros antes de se tornar suficientemente fraca para requerer amplificação – muito superior aos condutores de cobre. Esta propriedade das fibras ópticas é chamada de baixa perda. Os lasers emitem luz com características que permitem muito mais conversas numa fibra do que são possíveis com sinais eléctricos num único condutor. Esta propriedade das fibras ópticas é chamada de largura de banda elevada. Os sinais ópticos numa fibra não produzem efeitos indesejáveis em outras fibras adjacentes. Esta propriedade das fibras ópticas é chamada de pé cruzado reduzido. Vamos explorar as características únicas da radiação laser num capítulo posterior.